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1、UNIT 1 一、材料根深蒂固于我们生活的程度可能远远的超过了我们的想象，交通、装修、制衣、 通信、娱乐（recreation）和食品生产，事实上（virtually），我们生活中的方方面面或多或 少受到了材料的影响。历史上，社会的发展和进步和生产材料的能力以及操纵材料来实现 他们的需求密切（intimately）相关，事实上，早期的文明就是通过材料发展的能力来命名 的（石器时代、青铜时代、铁器时代）。二、早期的人类仅仅使用（access）了非常有限数量的材料，比如自然的石头、木头、 粘土（clay）、兽皮等等。随着时间的发展，通过使用技术来生产获得的材料比自然的材料 具有更加优秀的性能。这些
2、性材料包括了陶瓷（pottery）以及各种各样的金属，而且他们 还发现通过添加其他物质和改变加热温度可以改变材料的性能。此时，材料的应用 （utilization）完全就是一个选择的过程，也就是说，在一系列有限的材料中，根据材料的 优点来选择最合适的材料，直到最近的时间内，科学家才理解了材料的基本结构以及它们 的性能的关系。在过去的 100 年间对这些知识的获得，使对材料性质的研究变得非常时髦 起来。因此，为了满足我们现代而且复杂的社会，成千上万具有不同性质的材料被研发出 来，包括了金属、塑料、玻璃和纤维。三、由于很多新的技术的发展，使我们获得了合适的材料并且使得我们的存在变得更为 舒适。对一
3、种材料性质的理解的进步往往是技术的发展的先兆，例如：如果没有合适并且 没有不昂贵的钢材，或者没有其他可以替代（substitute）的东西，汽车就不可能被生产， 在现代、复杂的（sophisticated）电子设备依赖于半导体（semiconducting）材料四、有时，将材料科学与工程划分为材料科学和材料工程这两个副学科（subdiscipline） 是非常有用的，严格的来说，材料科学是研究材料的性能以及结构的关系，与此相反，材 料工程则是基于材料结构和性能的关系，来设计和生产具有预定性能的材料，基于预期的 性能。材料科学家发展或者合成（synthesize）新的材料，然而材料工程师则是生产
4、新产品 或者运用现有的材料来发展生产材料的技术，绝大部分材料学的毕业生被同时训练成为材 料科学家以及材料工程师。五、structure”一词是个模糊（nebulous ）的术语值得解释。简单地说，材料的结构通 常与其内在成分的排列有关。原子（subatomic）内的结构包括介于单个原子间的电子和原 子核的相互作用。在原子水平上，结构包括（emcompasses）原子或分子与其他相关的原 子或分子的组织。 在更大的结构领域（realm）上， 其包括大的原子团，这些原子团通常 聚集（agglomerate）在一起，称为“微观”结构，意思是可以使用某种显微镜直接观察 得到的结构。最后，结构单元可以通
5、过肉眼看到的称为宏观结构。六、“Property” 一词的概念值得详细（elaborate）阐述。在使用中，所有材料对外部的 刺激（stimuli）都表现（evoke）出某种反应。比如，材料受到力作用会引起形变，或者抛 光金属表面会反射光。材料的特征取决于其对外部刺激的反应程度（magnitude）。通常， 材料的性质与其形状及大小无关。七、实际上，所有固体材料的重要性质可以概括分为六类：机械、电学、热学、磁学、 光学（optical）和腐蚀性（deteriorative）。对于每一种性质，其都有一种对特定刺激 （stimulus）引起反应的能力。如机械性能与施加压力引起的形变有关， 包括弹性
6、、强度 和韧性。 对于电性能， 如电导性（conductivity）和介电（dielectric）系数， 特定的刺激 物（stimulus）是电场。固体的热学行为则可用热容和热导率来表示。 磁学性质表示一种 材料对施加的电场的感应能力。对于光学性质（optical），刺激物（stimulus）是电磁或光 照。用折射（refraction）和反射（reflectivity）来表示光学性质。最后，腐蚀（deteriorative）性质表示材料的化学反应能力。八、除了结构和性质，材料科学和工程还有其他两个重要的组成部分，即加工 （processing）和性能。如果考虑这四个要素的关系，材料的结构取决
7、于其如何加工。另外， 材料的性能是其性质的功能。因此，材料的加工、结构、性质和功能的关系可以用以下线 性关系来表示：加工结构性质性能。九、为什么研究材料科学与工程？许多应用科学家或工程师，不管他们是机械的、民事 的、化学的或电子的领域的， 都将在某个时候面临材料的设计问题。 如用具的运输、 建 筑的超级结构、油的精炼成分、 或集成电路（circuit）芯片（chip）。 当然， 材料科学 家和工程师是从事材料研究和设计的专家。十、很多时候， 材料的问题就是从上千个材料中选择出一个合适的材料。 对材料的最 终选择有几个原则（criteria）。首先，对这些具有所需性能的材料的选择，现场工作条件
8、必须进行表征。只有在少数情况下材料才具有最优或理想的综合性质。 因此， 有必要对 材料的性质进行平衡。 典型的例子是当考虑材料的强度和延展性时，而通常材料具有高强 度但却具有低的延展性。这时对这两种性质进行折中考虑（compromise）很有必要。十一、其次， 选择的原则是要考虑材料的性质在使用中的磨损（deterioration）问题。 如材料的机械性能在高温或腐蚀环境中会下降。十二、最后， 也许是最重要（overriding）的原则是经济问题。 最终产品的成本是多少？ 一种材料的可以有多种理想的优越性质，但不能太昂贵。这里对材料的价格进行折中 （compromise）选择也是可以的。产品的
9、成本还包括组装中的费用。十三、工程师与科学家越熟悉材料的各种性质、结构、功能之间的关系以及材料的加工 技术，根据以上的几个原则，他或她对材料的明智（judicial）选择将越来越熟练 （proficient）和精确。翻译： 1：材料科学 2：石器时代 3：裸眼 4：青铜时代 5：弹性系数 6： 硬度和韧性 7：光学 性质 8：集成电路 9：机械强度 10：热导性1 材料科学是研究材料的性能以及结构的关系，与此相反，材料工程则是基于材料结构和 性能的关系，来设计和生产具有预定性能的材料 2 实际上，所有固体材料的重要性质可以概括分为六类：机械、电学、热学、磁学、光学 和腐蚀性 3 除了结构和性质
10、，材料科学和工程还有其他两个重要的组成部分，即加工和性能 4 工程师与科学家越熟悉材料的各种性质、结构、功能之间的关系以及材料的加工技术， 根据以上的几个原则，他或她对材料的明智（judicial）选择将越来越熟练（proficient）和精 确。 5 只有在少数情况下材料才具有最优或理想的综合性质。 因此， 有必要对材料的性质进 行平衡交叉学科 interdiscipline 力学性质 mechanical property 介电常数 dielectric constant 电磁辐 射 electro-magnetic radiation 固体性质 solid materials 材料加工
11、processing of materials 热容 heat capacity 弹性模量（模数）elastic coefficient 1.直到最近，科学家才终于了解材料的结构要素与其特性之间的关系。It was not until relatively recent times that scientists came to understand the relationship between the structural elements of materials and their properties . 2.材料工程学主要解决材料的制造问题和材料的应用问题。Material en
12、gineering mainly to solve the problem and create material application. 3.材料的加工过程不但决定了材料的结构，同时决定了材料的特征和性能。Materials processing process is not only to decided structure and decided that the material characteristic and performance. 4.材料的力学性能与其所受外力或负荷而导致的形变有关。Material mechanical properties related defor
13、mation to the applied load or force UNIT 2材料的分类 一、固体材料可以被很容易的分成三个范畴：金属、陶瓷以及聚合物，这个分类是基于 原子结构以及化学组成，大多数材料落入了截然不同的分组，另外的有些复合材料是由两 种或多种以上的材料结合而成，另外一类（category）先进材料那些用于高科技领域， 比如半导体（semiconductor）材料，智能材料，以及纳米工程（nano engineered）材料。二、金属材料由一种或多种金属元素构成（比如铁、铝、铜（copper）、钛、金和镍） 通常还含有一些少量的非金属成分（例如碳、氮、氧，）金属以及它们的合金
14、中的原子排 列非常有规律，对比陶瓷（ceramic）和高聚物（polymer）具有非常稠密的结构，对于机械 性能，这些材料非常坚硬和强壮，并且具有易延展性（ductile）【能够承受强大的变形但 不破裂】，并且有很强抵制破坏的能力，这解释（account for）了它们为何能够广泛运用于 结构，金属材料中含有大量游离的电子，即不属于特定的原子，金属和很多性质源于这些 电子，例如金属具有优良的电导和热导性能，不能透射可见光，抛光金属表面具有可见的 光泽（lustrous），另外，有的金属（例如 Fe Co 和 Ni）具有令人满意的磁力性能。三、陶瓷由金属和非金属成分所构成，最常见的是氧、氮、和碳
15、，例如有些普通的陶瓷 材料：氧化铝，二氧化硅、碳化硅、氮化硅，那些被认为是传统陶瓷由粘土所构成、 以及玻璃、水泥（cement），至于其机械性能，和金属相比较，具有相对的硬度、强度、 韧性，另外的陶瓷具有非常硬的性质，但是他们却非常易碎（brittle）【低延展性 （ductility）】，并且非常容易破裂，这些材料具有热、电绝缘性（insulative）【具有低电 导性】并且相对金属和高聚物而言具有耐高温和耐严酷环境的能力，陶瓷可能具有透明导 热的性质，也有能不透明，而且有的氧化物陶瓷能够展现出磁力性质（例如四氧化三铁）四、高聚物包含塑料以及橡胶材料，大部分由有机物所构成，而且他们的化学成分
16、通常 为（碳、氢（hydrogen）以及其他非金属成分（例如氮、氧、硅），另，他们具有非常 大的分子结构，通常成链状的碳骨架结构，有些我们非常熟悉的高聚物：PE、尼龙、 PVC、PC、PS 和硅树脂（silicone）橡胶，这些材料通常具有低密度（density），然而它的 性能与金属和陶瓷材料截然不同，它们和其他的材料相比并不硬以及强壮，然而，其比强 度和比硬度能够和陶瓷和金属相当，另外，很多高聚物具有极强的柔软和柔韧性，意味着， 他们能够很容易的被塑造成各种形状，在自然环境中他们绝大多数具有化学惰性，由于高 聚物由链状结构构成，具有柔软性以及在适当的温度下分解，在这些情况下，限制了他们 的适用，而且他们具有低电导性和无磁性。六、其中之一的最为常见的复合材料为玻璃纤维，在小的玻璃纤维里面嵌入了聚合材料， 通常是环氧树脂或聚酯，玻璃纤维通常具有相对的强度和硬度，但是通常也很易碎，然而 高聚物更加灵活，因此玻璃纤维先对硬、强壮以及灵活，另外的含有低密度。七、另外一种重要的技术性材料是碳纤维高聚物加强型复合材料，碳纤维中嵌入了高聚 物，这种材料比玻璃纤维材料更加
